DE2418099C2

DE2418099C2 - Asynchronous, synchronizable magnetic coupling

Info

Publication number: DE2418099C2
Application number: DE2418099A
Authority: DE
Inventors: Raymond Lucien Paris Carrière; Henri Montmorency Fehr
Original assignee: Compagnie de Construction Mecanique Sulzer
Current assignee: Compagnie de Construction Mecanique Sulzer
Priority date: 1974-01-22
Filing date: 1974-04-13
Publication date: 1982-05-19
Also published as: FR2258736B1; CH588783A5; NL7500328A; BE824555A; LU71689A1; GB1472006A; JPS50102755A; US3974408A; FR2258736A1; DE2418099A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine asynchrone, synchronisierbare magnetische Kupplung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Merkmale sind aus der GB-PS 12 20 145 bekannt.The present invention relates to an asynchronous, synchronizable magnetic clutch having the features according to the preamble of claim 1. These features are from GB-PS 12 20 145 known.

Es sinrt bereits magnetische Kupplungen zur Übertragung von Drehbewegungen bekannt, mit mindestens einer Erregerwicklung oder einem Permanentmagnet bzw. mehreren Permanentmagneten, die ein rotationssymmetrisches, magnetisches Feld induzieren; ferner mit einem treibenden und einem getriebenen Rotor, die koaxial nebeneinander, um die Achse des rotationssymmetrischen Luftspahes drehbar, gelagert sind und mindestens teilweise aus einem Material mit guter magnetischer Permeabilität bestehen (GB-PS 12 20 145, DE-PS 9 47 394, DE-GM 17 35 711).There are already magnetic couplings for transmission known from rotary movements, with at least one excitation winding or a permanent magnet or several permanent magnets that induce a rotationally symmetrical magnetic field; further with a driving and a driven rotor, which are coaxially side by side, around the axis of the rotationally symmetrical Luftspahes rotatable, supported and at least partially made of a material with good magnetic permeability (GB-PS 12 20 145, DE-PS 9 47 394, DE-GM 17 35 711).

Bei den Drehkupplungen unterscheidet man die beiden folgenden Bauweisen:A distinction is made between the following two designs for rotating couplings:

1. Synchron-Kupplungen, deren treibender und getriebener Rotor normalerweise mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen. Wenn ein Drehmoment übertragen wird, folgen die Pole des getriebenen Rotors demjenigen des treibenden Rotors mit einem Nachlaufwinkel, dessen Größe von der übertragenen Last abhängig ist. Tritt ein Schlupf auf (d. h. eine Relativbewegung zwischen den beiden Rotoren), mit anderen Worten außerhalb des synchronen Betriebszustandes, sind die durch eine soiche Kupplung übertragbaren Drehmomente sehr gering.1. Synchronous clutches whose driving and driven rotors are usually the same Rotate angular velocity. When torque is transmitted, the poles of the follow driven rotor that of the driving rotor with a caster angle, its size depends on the load transferred. If slippage occurs (i.e. relative movement between the two rotors), in other words outside the synchronous operating state, are the The torque that can be transmitted by such a coupling is very low.

2. Asynchron-Kupplungen können demgegenüber nur ein Drehmoment übertragen, wenn ihre beiden Rotoren mit verschiedener Winkelgeschwindigkeit drehen. Diese Kupplungen weisen eine Übertragungscharakteristik für das Drehmoment in Funktion des Schlupfes auf, die in der Nähe des dem Schlupf 0 entsprechenden Punktes ungefähr proportionalen Verlauf hat.2. Asynchronous clutches, on the other hand, can only transmit torque if both of them Rotate rotors at different angular speeds. These clutches have a transmission characteristic for the torque as a function of the slip, which are approximately proportional in the vicinity of the point corresponding to the slip 0 Has course.

Es ist bereits eine asynchrone, synchronisierbare Kupplung für die Übertragung einer Drehbewegung bekannt, deren Drehmoment in Funktion des Schlupfes die Merkmale beider obenerwähnter Kupplungsarten aufweist. Bei drehendem, treibendem Rotor und zunächst stillstehendem, getriebenem Rotor tritt beim Einschalten des Erregerstromes ein großes asynchrones Anlaufdrehmoment auf, das den getriebenen Rotor in Drehung versetzt und bis auf die Drehgeschwindigkeit des treibenden Rotors beschleunigt, worauf die beidenIt is already an asynchronous, synchronizable coupling for the transmission of a rotary movement known, the torque of which as a function of the slip has the characteristics of both types of clutch mentioned above having. When the rotating, driving rotor and initially stationary, driven rotor occurs at Switching on the excitation current generates a large asynchronous starting torque that turns the driven rotor into Rotation offset and accelerated to the speed of rotation of the driving rotor, whereupon the two

Rotoren im Gleichlauf, d.h. im Synchronbetrieb iveiterlaufen.Rotors in synchronism, i.e. in synchronous operation iv continue.

Bei der beispielsweise in Betracht zu ziehenden Ausführungsform nach Fig. 10 bis 13 der GB-PS 12 20 145 handelt es sich um zwei aneinandergebaute, -, funktionell unabhängig voneinander wirksame Kupplungselemente mit getrennten Teilluftspalten, von denen das eine (Schnitt Fig. 12) eine reine Asynchron- und das andere (Schnitt Fig. 11) eine Synchronkupplung bildet, die in Bezug auf den magnetischen Fluß in Serie m geschaltet sind. Die Polkränze der beiden Kupplungen haben verschiedene Polteilungen und Querschnitte. Jeder der beiden Kränze weist an seinem Umfang eine Anzahl zahnförmiger Pole auf, deren Winkelteilung und Querschnitt verschieden sind. Die Zähnung mit der größeren Winkelteilung bewegt sich gegenüber einer am anderen Rotor angebrachten, ringförmigen Schicht aus elektrisch leitendem Material. Sie kann dadurch ein asynchrones Drehmoment übertragen. Die Zähne mit dem kleineren Teilungswinkel stehen ihrerseits im Falle des Stillstandes bzw. eines Gleichlaufs der beiden Rotoren jeweils den Zähnen eines auf dem andern Rotor angebrachten Zahnkranzes gleicher Zahnteilung gegenüber und übertragen ein synchrones Drehmoment. Der magnetische Kreis umfaßt insgesamt drei Polkränze und vier Teilluftspalte und weist somit einen verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstand (Reluktanz) auf, so daß zur Erzielung einer genügend hohen Flußdichte eine hohe Amperewindungszahl benötigt wird und der Wirkungsgrad der Maschine entsprechend jo begrenzt bleibt. Bedingt durch den Aufbau der beiden axial nebeneinander auf derselben Achse angeordneten Kupplungen ist der Platzbedarf beträchtlich. Es sind keinerlei Mittel vorgesehen, um das Verhältnis zwischen dem zu übertragenden Asynchron- und dem Synchron- j5 moment zu verändern bzw. besonderen Betriebsbedingungen anzupassen, ohne daß die Form oder die Abmessungen der übrigen Teile der Kupplung ebenfalls verändert werden müßten.In the embodiment to be considered, for example, according to FIGS. 10 to 13 of GB-PS 12 20 145, there are two mutually assembled, - functionally independently effective coupling elements with separate partial air gaps, one of which (section FIG. 12) one pure asynchronous and the other (section Fig. 11) forms a synchronous clutch, which are connected in series m with respect to the magnetic flux. The pole rings of the two clutches have different pole pitches and cross-sections. Each of the two rings has a number of tooth-shaped poles on its circumference, the angular division and cross-section of which are different. The teeth with the larger angular division move in relation to an annular layer of electrically conductive material attached to the other rotor. As a result, it can transmit an asynchronous torque. The teeth with the smaller pitch angle in turn face the teeth of a toothed ring with the same tooth pitch attached to the other rotor and transmit a synchronous torque. The magnetic circuit comprises a total of three pole rings and four partial air gaps and thus has a relatively high magnetic resistance (reluctance), so that a high number of ampere turns is required to achieve a sufficiently high flux density and the efficiency of the machine remains limited accordingly. Due to the construction of the two clutches arranged axially next to one another on the same axis, the space requirement is considerable. No means are provided for changing the ratio between the asynchronous torque to be transmitted and the synchronous torque or for adapting special operating conditions without the shape or the dimensions of the other parts of the clutch also having to be changed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei gutem Wirkungsgrad den Verlauf des zu übertragenden Drehmomentes in Funktion des Schlupfes und insbesondere das VerhältnisThe invention is based on the problem of the course of the to be transmitted with good efficiency Torque as a function of the slip and especially the ratio

C₁,C ₁ ,

zwischen dem maximalbetween the maximum

übertragbaren Asynchron- und dem Synchronmoment an die Forderungen eines konkret vorliegenden Anwendungsfalles optimal anzupassen, indem mindestens ein von Fall zu Fall entsprechend zu bemessendes Bauelement vorgesehen wird, während am übrigen Aufbau der Kupplung nichts geändert zu werden jo braucht.transferable asynchronous and synchronous torque to the requirements of a specific one Use case to optimally adapt by at least one to be measured accordingly on a case-by-case basis Component is provided, while nothing to be changed on the rest of the structure of the coupling jo needs.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Maßnahmen gelöst. Durch die Verringerung der Zahl der Teilluftspalte von 4 auf 3 wird eine merkliche Verbesserung des Wirkungsgrades und eine Reduktion der Außenabmessungen des Gehäuses erzielt. Eine geeignete Bemessung der elektrisch leitenden Schicht erlaubt es, mit einfachen Mitteln das Verhältnis zwischen dem Asynchron- und dem Synchrondrehmoment an die besonderen, für einen gegebenen Anwendungsfall vorgeschriebenen Betriebsbedingungen zu erfüllen.This object is achieved by the measures defined in the characterizing part of claim 1. By reducing the number of partial air gaps from 4 to 3, there is a noticeable improvement in the Efficiency and a reduction in the external dimensions of the housing achieved. A suitable dimensioning the electrically conductive layer allows the ratio between the asynchronous and the synchronous torque to the special operating conditions prescribed for a given application to meet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein ringförmiges, nicht magnetisierbares, elektrisch leitendes, glattes Band an den Polscheiteln eines der Rotorkränze angebracht, wobei die Breite des Ringes einem Bruchteil der Breite des zwischen den beiden Rotorkränzen befindlichen Teilluftspaltes entsprichtAccording to a preferred embodiment of the invention, at least one ring-shaped, non-magnetizable, electrically conductive, smooth tape attached to the pole tips of one of the rotor rings, wherein the width of the ring is a fraction of the width of the partial air gap between the two rotor rings is equivalent to

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die zahnförmigen Pole eines der Rotorkränze in regelmäßigen Abständen gruppenweise über dessen Umfang verteilt und die Rotationsfläche zwischen den Polgruppen ist durch eine glatte, auf der Höhe der Polspitzen verlaufende, elektrisch leitende Schicht abgedecktAccording to a further embodiment of the invention, the tooth-shaped poles are one of the rotor rings in FIG regular intervals distributed in groups over its circumference and the surface of revolution between the Pole groups are made up of a smooth, electrically conductive layer that runs at the same height as the pole tips covered

Bei den beiden letztgenannten Ausführungsformen der Erfindung kann das FlächenverhältnisIn the two last-mentioned embodiments of the invention, the area ratio

( — bzw. 1(- or 1

\ß b-a)\ ß b-a)

zwischen den durch elektrisch leitende Bänder oder Schichten abgedeckten und den zahnförmige Pole aufweisenden Teilen der Rotationsflächen entsprechend dem vorgegebenen Verhältnis zwischen dem größten synchronen Drehmoment (C_smax)und dem asynchronen Drehmoment (C₃ max) gewählt sein, das die Kupplung zu übertragen hatbetween the parts of the surfaces of rotation that are covered by electrically conductive strips or layers and have tooth-shaped poles according to the specified ratio between the greatest synchronous torque (C _smax ) and the asynchronous torque (C ₃ max) that the clutch has to transmit

Um größere synchrone und asynchrone Drehmomente übertragen zu können, kann wenigstens einer der Polkränze entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel regelmäßig über den ganzen Umfang des zwischen den beiden Kränzen bestehenden Teilluftspaltes verteilt zahnförmige Pole aufweisen (GB-PS 12 20 145, Fig. H).In order to be able to transmit larger synchronous and asynchronous torques, at least one of the Pole wreaths according to a further embodiment regularly over the entire circumference of the have tooth-shaped poles distributed between the two rings (GB-PS 12 20 145, Fig. H).

Wenn die Pole des einen Rotorkranzes, wie dies für eine weitere Ausführungsform vorgesehen ist, zwar die gleiche Winkelteilung aufweisen wie diejenigen des andern Rotorkranzes, wobei jedoch ihre in Umfangsrichtung in Winkelgraden gemessene Breite vor derjenigen der Pole des zweiten Kranzes abweicht, so kann in an sich bekannter Weise ein anderer, beispielsweise flacherer Verlauf des synchronen Drehmomentes bei kleinem Verdrehungswinkel zwischen den beiden Rotoren erzielt werden.If the poles of a rotor ring, as is provided for a further embodiment, although the have the same angular division as those of the other rotor ring, but their in the circumferential direction the width measured in angular degrees differs from that of the poles of the second ring, see above In a manner known per se, a different, for example flatter, course of the synchronous torque can be used can be achieved with a small angle of rotation between the two rotors.

Um das bei asynchronem Lauf übertragene Drehmoment zu erhöhen, können in den zwischen den zahnförmigen Polen bestehenden Aussparungen mindestens eines der beiden Polkränze massive oder rohrförmige Leiterstäbe eingelegt sein (GB-PS 12 20 145, Fig. 17). V/enn die Enden dieser Leiterstäbe durch Kurzschluß-Segmente oder -Ringe untereinander verbunden sind, bilden sie eine Art von Käfiganker, wie er bei Asynchronmotoren an sich bekannt ist.In order to increase the torque transmitted during asynchronous running, the between the Tooth-shaped poles existing recesses at least one of the two pole wreaths massive or tubular conductor bars be inserted (GB-PS 12 20 145, Fig. 17). When the ends of these ladder bars are connected to one another by short-circuit segments or rings, they form a type of cage anchor, such as it is known per se in asynchronous motors.

In der nachfolgenden Einzelbeschreibung werden anhand der zugehörigen Zeichnungen besondere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kupplung näher erläutert.In the following individual description, special ones are made on the basis of the associated drawings Embodiments of the clutch according to the invention explained in more detail.

Fi g. 1 ist eine Schnittzeichnung der erfindungsgemäßen Kupplung in einer durch die Symmetrieachse bestimmten Ebene.Fi g. 1 is a cross-sectional view of the invention Coupling in a plane determined by the axis of symmetry.

F i g. 2 ist eine Schnittzeichnung gemäß H-II in F i g. 1.F i g. 2 is a sectional drawing according to H-II in FIG. 1.

F i g. 4 verdeutlicht in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit der Fig. 2.F i g. 4 illustrates a detail of FIG. 2 on an enlarged scale.

Die F i g. 3 und 5 zeigen charakteristische Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Kupplung gemäß F i g. 1 und 2.The F i g. 3 and 5 show characteristic diagrams for explaining the mode of operation of a device according to the invention Coupling according to FIG. 1 and 2.

In Fig. 1 bezeichnen 1 und 2 die treibende und die getriebene Welle, die gleichachsig, jede in der Verlängerung der andern, angeordnet sind. In der dargestellten Form ist der angetriebene Wellenstumpf 2 mit Hilfe von zwei Kugellagern 3a, 3b frei drehbar gelagert. Er befindet sich in einer zylindrischen Bohrung 4 des Magnetkerns 5, der ebenfalls zylindrische Form aufweist und symmetrisch zur gemeinsamen Achse A In Fig. 1, 1 and 2 denote the driving and the driven shaft, which are coaxially arranged, each in the extension of the other. In the form shown, the driven stub shaft 2 is freely rotatable with the aid of two ball bearings 3a, 3b. It is located in a cylindrical bore 4 of the magnet core 5, which also has a cylindrical shape and is symmetrical to the common axis A

angeordnet ist. Am rechten Ende (in Fig. 1) des Magnetkerns 5 ist eine torusförmige Erregerwicklung 6 aufgesteckt, die über die Anschlußdrähte Ta und 76 mit einem Erregerstrom geeigneter Art gespeist wird, insbesondere durch einen gleichgerichteten Wechselstrom oder durch Gleichstrom. Der Magnetkern 5 mit der Wicklung 6 wird durch ein Gehäuse ergänzt, das im wesentlichen aus einem ringförmigen Teil 8 besteht, das am rechten Ende des Kerns 5, z. B. durch Schrauben 9, befestigt ist und eine Aussparung 10 für die Anschlußdrähte Ta und 76 besitzt. Ein weiteres, zylinderförmiges Element 11, das koaxial zum Kern 5 montiert ist, bildet mit dem letzteren den ringförmigen Luftspalt E des Stators.is arranged. At the right end (in Fig. 1) of the magnetic core 5, a toroidal excitation winding 6 is plugged, which is fed via the connecting wires Ta and 76 with an excitation current of a suitable type, in particular by a rectified alternating current or by direct current. The magnetic core 5 with the winding 6 is supplemented by a housing which consists essentially of an annular part 8 which is attached to the right end of the core 5, for. B. by screws 9, and a recess 10 for the connecting wires Ta and 76 has. Another, cylindrical element 11, which is mounted coaxially to the core 5, forms with the latter the annular air gap E of the stator.

Am linken Ende der getriebenen Welle, die aus der Bohrung 4 des Magnetkerns 5 herausragt, ist ein Rotor 12, der »angetriebene Rotor« befestigt, dessen Kranz 126,13 aus einem magnetisch hoch permeabien Material besteht und entweder massiv oder als Blechpaket ausgeführt ist (das dargestellte Beispiel bezieht sich auf einen massiven Rotorkranz). Der Rotor besteht aus einem ersten, flanschförmigen Teil 12a, der magnetisierbar oder nicht sein kann, und einem zylindrischen Kranzteil 126, der vom Flansch 12a getragen ist und in den Luftspalt E hineinragt, derart, daß seine glatte zylindrische Oberfläche zur Achse A hingewendet ist und mit der äußeren zylindrischen Oberfläche des Kerns 5 einen Teilluftspalt ei bildet. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die andere zylindrische Oberfläche des Kranzes 126 zahnförmige Pole 13 aufweist, die über den ganzen Umfang des Kranzes 126 regelmäßig verteilt sind. Die Pole werden vorteilhafterweise aus dem gleichen magnetisch permeabien Material ausgeführt wie der Kranz selbst.At the left end of the driven shaft, which protrudes from the bore 4 of the magnet core 5, a rotor 12, the "driven rotor", is attached, the rim 126, 13 of which is made of a magnetically highly permeable material and is either solid or designed as a laminated core ( the example shown relates to a massive rotor ring). The rotor consists of a first, flange-shaped part 12a, which may or may not be magnetizable, and a cylindrical ring part 126 which is carried by the flange 12a and protrudes into the air gap E in such a way that its smooth cylindrical surface faces the axis A and forms a partial air gap with the outer cylindrical surface of the core 5. From Fig. 2 it can be seen that the other cylindrical surface of the ring 126 has tooth-shaped poles 13 which are regularly distributed over the entire circumference of the ring 126. The poles are advantageously made of the same magnetically permeable material as the ring itself.

Nach einer ersten Ausführungsform umgibt ein ringförmiges, metallisches Band 20 mit glatter Oberfläche koaxial zur gemeinsamen Achse den Kranz 126. Seine Breite a ist kleiner als diejenige 6 des Teilluftspaltes ei. Das Band wird in einer entsprechenden Aussparung der Zahnspitzen 13 eingebettet. DasAccording to a first embodiment, an annular, metallic band 20 with a smooth surface surrounds the rim 126 coaxially to the common axis. Its width a is smaller than that 6 of the partial air gap ei. The band is embedded in a corresponding recess in the tooth tips 13. That

Verhältnis - ~ entspricht damit dem VerhältnisRatio - ~ corresponds to the ratio

zwischen dem Oberflächenteil des Kranzumfanges, der durch das leitende Band 20 abgedeckt ist und der die zahnförmigen Pole 13 aufweisenden Fläche. Durch eine derartige Anordnung kann jedes gewünschte Verhältnis zwischen dem maximalen synchronen Drehmoment Q _max und dem asynchronen Drehmoment C₁ verwirklicht werden, das die Kupplung übertragen soll. Es genügt dazu, in an sich bekannter Weise das Verhältnisbetween the surface part of the rim circumference which is covered by the conductive tape 20 and the surface having the tooth-shaped poles 13. With such an arrangement, any desired ratio between the maximum synchronous torque Q _max and the asynchronous torque C _{1 can be} achieved that the clutch is to transmit. It is sufficient to establish the relationship in a manner known per se

und/oder die geometrischen Abmessungen der zahnförmigen Pole 13 und/oder 17 entsprechend zu u£5 iliiiiiiCn. and / or the geometric dimensions of the tooth-shaped poles 13 and / or 17 corresponding to u £ 5 iliiiiiiCn.

Anstelle oder zusätzlich zum ringförmigen Band 20 auf dem Rotorkranz 126 kann ein analoges, elektrisch leitendes Band 21 auf dem anderen Kranz 146 angeordnet sein, wie dies in der in F i g. 4 dargestellten Skizze ersichtlich ist Diese Figur zeigt gleichzeitig eine Anordnung, bei der die Breite dder Zähne 13a des einen Rotorkranzes 126, in Umfangsrichhing gesehen, von derjenigen d' des andern Kranzes 146 verschieden ist, obschon die Winkelteilung P für beide Polkränze dieselbe ist.Instead of or in addition to the annular band 20 on the rotor ring 126, an analog, electrically conductive band 21 can be arranged on the other ring 146, as shown in the FIG. Visible sketch shown in Figure 4 is This figure shows at the same time an arrangement in which the width d of the teeth 13a of a rotor ring 126, as seen in the circumferential direction Hing, from that d 'of the other ring gear 146 is different, although the pitch of P is the same for both Polkränze.

Am Ende der treibenden Welle 1, das der getriebenen Welle 2 zugekehrt ist ist ein Flansch 14a aus unmagneüsierbarem Material aufgekeilt Auch dieser trägt an seinem Umfang einen zylindrischen Kranz 146 aus magnetisierbarem, massivem oder als Blechpaket aufgebautem Material. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Kranz 146 mit dem nicht magnetisierbaren Flansch 14a den treibenden Rotor 14 darstellt. Beide Rotorkränze 126 und 146 ragen konzentrisch in den Luftspalt E hinein, so daß zwischen ihnen ein Teilluftspalt £2 entsteht. Zwischen dem glatten, äußeren Umfang des Kranzes 146 und der Innenfläche des Gehäuseteils 11 besteht der schmale Teilluftspalt e3. An der inneren zylinderförmigen Oberfläche des Kranzes 146, die den Teilluftspalt ei begrenzt und gegen den andern Kranz 126 hin gerichtet ist, sind in regelmäßigen Abständen, wie aus der F i g. 2 ersichtlich, metallische Streifen 16a, 166, 16c mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und dazwischen Pol- oder Zahngruppen 17a, 176 usw. angeordnet, die vorteilhafterweise aus dem gleichen magnetisierbaren Material bestehen wie der Kranz 146. Metallische Bänder 16a, 166 usw. und Zahngruppen 17a, 176 usw. haben jeweils unter sich den gleichen Zentrumswinkel α bzw. ß, wobei α und β verschieden große Winkel sein können. Das VerhältnisAt the end of the driving shaft 1, which faces the driven shaft 2, a flange 14a made of non-magnetizable material is wedged. This also has a cylindrical ring 146 on its circumference made of magnetizable, solid or laminated material. The arrangement is such that the ring 146 with the non-magnetizable flange 14a represents the driving rotor 14. Both rotor rings 126 and 146 project concentrically into the air gap E so that a partial air gap £ 2 is created between them. The narrow partial air gap e3 exists between the smooth, outer circumference of the ring 146 and the inner surface of the housing part 11. On the inner cylindrical surface of the ring 146, which delimits the partial air gap ei and is directed towards the other ring 126, are at regular intervals, as shown in FIG. 2, metallic strips 16a, 166, 16c with high electrical conductivity and arranged between pole or tooth groups 17a, 176 etc., which advantageously consist of the same magnetizable material as the ring 146. Metallic strips 16a, 166 etc. and tooth groups 17a , 176 etc. each have the same center angle α and β, where α and β can be angles of different sizes. The relationship

-^-entspricht wiederum dem Verhältnis der Flächenteile der Metallbänder einerseits und der mit zahnförmigen Polen besetzten Fläche anderseits. Dieses Verhältnis kann frei gewählt werden, um das gewünschte Verhältnis zwischen dem maximalen, synchronen Drehmoment C₅ max und dem asynchronen Drehmoment C_a zu wählen, das die Kupplung zu übertragen hat. Die metallischen Bänder 16a, 166 usw. können beispielsweise aus einem dünnen, leitenden Blech bestehen, das durch eines der bewährten, an sich bekannten Mittel auf der inneren Rotationsfläche des Kranzes 146 befestigt ist. Die leitende Schicht kann aber auch durch Elektrolyse aufgebracht sein. Jede Zahngruppe 17a, 176 usw. besitzt die gleiche Anzahl Zähne 17. Die Winkelteilung P dieser Zähne (siehe auch Fig. 4) ist gleich groß wie diejenige der Zähne 13 des angetriebenen Rotors 12.- ^ - corresponds in turn to the ratio of the surface parts of the metal strips on the one hand and the surface occupied by tooth-shaped poles on the other. This ratio can be chosen freely in order to select the desired ratio between the maximum synchronous torque C ₅ max and the asynchronous torque C _a that the clutch has to transmit. The metallic strips 16a, 166 etc. can consist, for example, of a thin, conductive sheet metal which is fastened to the inner surface of revolution of the ring 146 by one of the tried and tested means known per se. The conductive layer can, however, also be applied by electrolysis. Each group of teeth 17a, 176, etc. has the same number of teeth 17. The angular pitch P of these teeth (see also FIG. 4) is the same as that of the teeth 13 of the driven rotor 12.

In der dargestellten Anordnung sind massive Leiterstäbe 18a, 186 in die Zwischenräume zwischen die Zähne 17 jeder Gruppe 17a, 176 usw. eingebettet, und die Enden der Leiterstäbe einer Gruppe 18a, 186 sind durch Kurzschluß-Segmente, beispielsweise Ringabschnitte 19 (Fig. 1), miteinander verbinden. Die massiven Leiterstäbe 18a, 186 können aus dem gleichen Material bestehen wie die elektrisch leitenden Bänder 16a, 166,16c oder einem andern gut leitenden Metall. Es ist nicht notwendig, sie vom magnetisierbaren Metallteil der Kränze 146 zu isolieren. Statt massiv ausgeführt zu sein, können diese Leiterstäbe auch hohl, z. B. als Rohre, ausgebildet sein.In the arrangement shown, solid conductor bars 18a, 186 are in the spaces between the Teeth 17 of each group 17a, 176, etc. are embedded, and the ends of the conductor bars of a group 18a, 186 are by short-circuit segments, for example ring sections 19 (Fig. 1), connect to one another. the Solid conductor bars 18a, 186 can consist of the same material as the electrically conductive strips 16a, 166, 16c or another highly conductive metal. It is not necessary to remove them from the magnetizable metal part of wreaths 146 isolate. Instead of being made solid, these conductor bars can also be hollow, e.g. B. as pipes, be trained.

Die Wirkungsweise der magnetischen Kupplung, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist ist wie folgt:The mode of operation of the magnetic coupling, as shown in FIGS. 1 and 2 is shown as follows:

Sobald ein elektrischer Gleichstrom oder ein gleichgerichteter Wechselstrom von geeigneter, einstellbarer Stromstärke /über die Anschlußdrahte 7a und 76 an die Erregerwicklung 6 angelegt wird, wird im ringförmigen Luftspalt E ein ebenfalls zur Achse A konzentrisches, rotationssymmetrisches magnetisches Feld induziert Die magnetischen Kraftlinien durchdringen den Luftspalt E im wesentlichen in radialer Richtung, und zwar verlaufen die Kraftlinien durch die drei Teilluftspalte ei, e* und ea und die magnetisierbaren Kränze 126 und 146, so daß sie beispielsweise aus den zahnförmigen Polen 13 des ersten Kranzes austreten und in die entsprechenden Pole 17 des zweiten Kranzes eindringen, die im betreffenden Augenblick den PolenAs soon as an electrical direct current or a rectified alternating current of a suitable, adjustable current strength / is applied to the excitation winding 6 via the connecting wires 7a and 76, a rotationally symmetrical magnetic field, which is also concentric to the axis A , is induced in the annular air gap E. The magnetic lines of force penetrate the air gap E. essentially in the radial direction, namely the lines of force run through the three partial air gaps ei, e * and ea and the magnetizable rings 126 and 146, so that they emerge, for example, from the tooth-shaped poles 13 of the first ring and into the corresponding poles 17 of the second Wreath penetrate, at the moment the Poles

13 gegenüberstehen. Der magnetische Kreis schließt sich damit über die Teile 5, 8, 11, 126 und 146 sowie die Luftspalte ei, ei und ej. Je nach der augenblicklichen Lage der beiden Rotoren zueinander ändert sich der magnetische Widerstand (Reluktanz) des magnetischen Kreises. Aus Fig.4 ist deutlich ersichtlich, daß der magnetische Widerstand dann am kleinsten ist, wenn die Symmetrieachsen der einzelnen Zähne der beiden Rotoren übereinstimmen (0 = 0). Sie ist am größten, wenn die Symmetrieachsen der Zähne des einen Rotors mit den Winkelhalbierenden der Achsen zweier gegenüberliegender Zähne des anderen Rotors übereinstimmen (Θ = Θο). d.h. einer Stellung, in der sich die beiden Rotoren in einer unstabilen Gleichgewichtslage zueinander befinden, nach deren Durchlauf die Zähne des ersten Kranzes von den nachfolgenden Zähnen des andern Kranzes angezogen werden.13 face. The magnetic circuit thus closes via parts 5, 8, 11, 126 and 146 as well as the air gaps ei, ei and ej. The magnetic resistance (reluctance) of the magnetic circuit changes depending on the current position of the two rotors in relation to one another. From FIG. 4 it can be clearly seen that the magnetic resistance is smallest when the axes of symmetry of the individual teeth of the two rotors coincide (0 = 0). It is greatest when the axes of symmetry of the teeth of one rotor coincide with the bisector of the axes of two opposing teeth of the other rotor (Θ = Θο). ie a position in which the two rotors are in an unstable equilibrium position to one another, after which the teeth of the first ring are attracted by the subsequent teeth of the other ring.

Nach dem an sich bekannten Prinzip kann die synchrone Betriebsart des Kupplers wie folgt beschrieben werden: Für 0 = 0 weist der oben beschriebene Magnetkreis einen minimalen magnetischen Widerstand auf. Wenn der Kranz 14ύ des treibenden RotorsAccording to the principle known per se, the synchronous operating mode of the coupler can be described as follows become: For 0 = 0, the magnetic circuit described above has a minimum magnetic resistance on. When the ring 14ύ of the driving rotor

14 um einen Winkel Θ gegenüber dem getriebenen Kranz 12 verdreht wird, nimmt der magnetische Widerstand zu und die beiden Kränze erfahren ein Rückstelldrehmoment C₅, das sich in Funktion des Winkels Θ und der Stromstärke /in der Erregerwicklung 6 nach einer der Kurven ändert, die beispielsweise in F i g. 3 für vier verschiedene Werte von i, nämlich stufenweise zunehmend von k—h angedeutet sind. Es ist daraus ersichtlich, daß das Rückstellmoment je nach der Richtung des Verdrehungswinkels zwischen einem positiven Maximum und einem negativen Minimum von der Größe C_{4 m}« schwankt, die jeweils für einen Verdrehungswinkel 0=±0_ma, auftreten. Die Kurvenform hängt dabei von der geometrischen Form der Pole des Luftspaltes und der darin induzierten, magnetischen Feldstärke ab. Die Rückstellkraft wird wieder zu Null für Θ = ±Θο, bevor sie ihre Richtung ändert.14 is rotated by an angle Θ with respect to the driven ring 12, the magnetic resistance increases and the two rings experience a restoring torque C ₅ , which changes as a function of the angle Θ and the current strength / in the excitation winding 6 according to one of the curves that for example in FIG. 3 are indicated for four different values of i, namely gradually increasing from k-h. It can be seen from this that the restoring torque fluctuates, depending on the direction of the angle of rotation, between a positive maximum and a negative minimum of the size C _{4 m} «, which occur in each case for a rotation angle 0 = ± 0 _ma . The shape of the curve depends on the geometric shape of the poles of the air gap and the magnetic field strength induced therein. The restoring force returns to zero for Θ = ± Θο before it changes direction.

Das synchrone Drehmoment C, hängt daher bei gleich bleiben der Erregung einzig von der gegenseitigen Lage der beiden Kränze 12a und 140, genauer gesagt ihrer Zähne 13 bzw. 17 ab. Es ist völlig unabhängig von der Geschwindigkeit /Ji = /22, mit der die beiden Rotoren synchron drehen. Das Rückstellmoment besteht also auch bei Stillstand, und man kann das Moment C₅ als statisches Moment betrachten. Der Punkt C_sma> mit Abszisse Null in der Fig. 5 (g=0) entspricht dem maximalen, synchronen Rückstellmoment, das die Maschine für eine bestimmte Erregerstromstärke entwicklen kann. Für eine gegebene Kupplung hängt sein Wert einzig von der Zahngeome trie und von der im Luftspalt induzierten, magnetischen Feldstärke ab. Anderseits induzieren die Zähne 13 und 17 der beiden Kränze 12f> und 14b, solange der treibende und der getriebene Rotor synchron umlaufen, theoretisch keinerlei Wirbelströme, weder in den metallischen Bändern 16a, 166 usw. noch in den ringförmigen Bändern 20, 21 oder in den kurzgeschlossenen Leiterstäben der Gruppen 18a, 186usw.The synchronous torque C, therefore, while the excitation remains the same, depends solely on the mutual position of the two rims 12a and 140, more precisely their teeth 13 and 17, respectively. It is completely independent of the speed / Ji = / 22 at which the two rotors rotate synchronously. The restoring torque also exists at standstill, and the torque C ₅ can be viewed as a static torque. The point C _sma > with zero abscissa in FIG. 5 (g = 0) corresponds to the maximum, synchronous restoring torque that the machine can develop for a certain excitation current strength. For a given coupling, its value depends solely on the tooth geometry and the magnetic field strength induced in the air gap. On the other hand, the teeth 13 and 17 of the two rims 12f> and 14b, as long as the driving and driven rotors rotate synchronously, theoretically do not induce any eddy currents, neither in the metallic bands 16a, 166, etc., nor in the annular bands 20, 21 or in the short-circuited conductor bars of groups 18a, 186, etc.

Demgegenüber werden im asynchronen Betrieb in den genannten leitenden Schichten oder Stäben Foucaultsche Wirbelströme induziert, d.h. sobald ein SchlupfIn contrast, in asynchronous operation in the aforementioned conductive layers or rods Foucault's eddy currents are induced, i.e. as soon as a Slip

zwischen den beiden Rotoren auftritt (n\ und nj stellen die Umdrehungszahlen pro Minute der treibenden (1) und der getriebenen Welle (2) dar). Die Pole 13 desoccurs between the two rotors (n \ and nj represent the number of revolutions per minute of the driving (1) and the driven shaft (2)). Poles 13 of the

. getriebenen Rotors laufen dann sowohl über die leitenden Schichten 16a, 16ö usw. oder 21 als auch über die massiven, kurzgeschlossenen Leiterstäbe 18a, 18£> hinweg. Analog dazu bewegen sich die Zähne 17 des treibenden Kranzes 14£> über das ringförmige Band 20 des angetriebenen Kranzes 126 hinweg. Die induzierten Wirbelströme und die aus den Zähnen 13 und 17 der beiden Kränze austretenden, magnetischen Kraftlinien wirken in der Weise zusammen, daß der angetriebene Rotor 12 einem sogenannten »asynchronen« Drehmoment C unterworfen wird, das die Tendenz hat, der physikalischen Ursache seiner Entstehung entgegenzuwirken, d.h. die relative Drehbewegung zwischen den beiden Rotoren aufzuheben. Der angetriebene Rotor wird somit im gleichen Drehsinn mitgerissen wie der treibende Rotor 14. Die Kurve G, der Fig. 5 stellt die Änderung dieses Drehmomentes in Funktion des Schlupfes g zwischen den beiden Rotoren für einen bestimmten Erregerstrom / dar. In beiden Richtungen vom Nullpunkt aus gesehen (synchroner Zustand) nimmt das asynchrone Drehmoment zu bis zu einem maximalen Wert, und zwar je nach dem Drehsinn + oder —Cama». Darüber hinaus nimmt das asynchrone Drehmoment langsam ab.. The driven rotor then run both over the conductive layers 16a, 16o etc. or 21 and over the solid, short-circuited conductor bars 18a, 18 £>. Analogously to this, the teeth 17 of the driving ring 14 move over the annular belt 20 of the driven ring 126. The induced eddy currents and the magnetic lines of force emerging from the teeth 13 and 17 of the two rings work together in such a way that the driven rotor 12 is subjected to a so-called "asynchronous" torque C, which tends to counteract the physical cause of its creation , ie cancel the relative rotation between the two rotors. The driven rotor is thus entrained in the same direction of rotation as the driving rotor 14. The curve G in FIG. 5 shows the change in this torque as a function of the slip g between the two rotors for a certain excitation current /. In both directions from the zero point seen (synchronous state) the asynchronous torque increases up to a maximum value, depending on the direction of rotation + or —Cama ». In addition, the asynchronous torque slowly decreases.

Es ist bekannt, daß durch eine geeignete Wahl der Abmessungen sowohl der verschiedenen Bauelemente als auch des Erregerstroms die Möglichkeit besteht, das maximale Drehmoment C„_ma»-bei einem Schlupf g—\ zu erreichen. Dieser Wert ist besonders vorteilhaft, wenn es sich darum handelt, einen mit einer konstanten Geschwindigkeit η 1 drehenden, treibenden Rotor mit einem stillstehenden (/72 = 0), getriebenen Rotor zu koppeln.It is known that by an appropriate choice of the dimensions of both the various components as well as the excitation current, it is possible to achieve the maximum torque C _"ma" -at a slip g \. This value is particularly advantageous when it comes to coupling a driving rotor rotating at a constant speed η 1 with a stationary (/ 72 = 0) driven rotor.

Bei asynchronem Betrieb wirken zu jeder Zeit gleichzeitig sowohl das asynchrone Drehmoment C₂ als auch das synchrone Drehmoment C, auf den getriebenen Rotor.In asynchronous operation, both the asynchronous torque C ₂ and the synchronous torque C 1 act simultaneously on the driven rotor at all times.

Ihre Wirkungen überlagern sich somit. Während aber das asynchrone Drehmoment C₁ immer in die gleiche Richtung zieht, nämlich in dem Sinne, daß sich der getriebene Rotor 12 in der Drehrichtung des treibenden Rotors 14 bewegt bzw. beschleunigt wird, ohne jemals völlig dessen Geschwindigkeit zu erreichen (Π2 — Πι; g-*0), — was auf die Verluste des Systems und die Tatsache zurückzuführen ist, daß C_a mit der relativen Verdrehungsgeschwindigkeit abnimmt — ist das synchrone Drehmoment C₅ pulsierend, d. h. abwechselnd treibend, dann wieder bremsend, solange die beiden Rotoren mit verschiedenen Geschwindigkeiten, d. h. asynchron, laufen. Bei jedem Durchlauf eines Poles 17 des antreibenden Rotors 14 vor einem Pol 13 des angetriebenen Rotors 12 durchläuft das synchrone Drehmoment (gemäß einer Kurve C₁,= f(i) der Fig.3 für einen bestimmten Erregerstrom i) eine Periode von Null (für 0 = + Θο) über einen positiven Maximalwert Cs,m^x (für 0= +Oma) erst im gleichen Sinne wie das asynchrone Moment, dann nimmt es nach einem Durchgang durch Null (für 0 = 0) einen gleich großen Maximalwert in entgegengesetztem Sinne an (tiefster Punkt der Kurve -Cs, mm für Q= — 0_max) und erreicht wieder den Wert Null für Θ = — Q₀. Die Kurve wiederholt sich in gleichem Sinne beim Durchlauf vor jedem der aufeinanderfolgenden Pole.Their effects are thus superimposed. But while the asynchronous torque C ₁ always pulls in the same direction, namely in the sense that the driven rotor 12 moves or is accelerated in the direction of rotation of the driving rotor 14 without ever fully reaching its speed (Π2 - Πι; g- * 0), - which is due to the losses of the system and the fact that C _a decreases with the relative rotation speed - the synchronous torque C _{5 is} pulsating, i.e. alternately driving, then braking again, as long as the two rotors are different Speeds, ie asynchronous, run. In each pass of a pole 17 of the driving rotor 14 in front of a pole 13 of the driven rotor 12, the synchronous torque passes (according to a curve C ₁ = f (i) of Figure 3 for a particular excitation current i) a period from zero (for 0 = + Θο) over a positive maximum value Cs, m ^ x (for 0 = + Grandma) first in the same sense as the asynchronous moment, then after passing through zero (for 0 = 0) it takes an equally large maximum value in the opposite direction Meaning at (lowest point of the curve -Cs, mm for Q = - 0 _max ) and again reaches the value zero for Θ = - Q ₀ . The curve is repeated in the same sense when it passes in front of each of the successive poles.

Im asynchronen Betrieb, d. h. solange der Unterschied zwischen den Drehgeschwindigkeiten der beiden Rotoren groß ist werden die aufeinanderfolgenden.In asynchronous operation, i.e. H. as long as the difference between the speeds of rotation of the two rotors is high, the successive ones will be.

positiven und negativen Impulse des synchronen Drehmomentes G durch die Schwungradträgheit des angetriebenen Rotors und der damit verbundenen Massen absorbiert und ausgeglichen, so daß das synchrone Drehmoment G praktisch wirkungslos ist und einzig das asynchrone Drehmoment G von der Kupplung übertragen wird.positive and negative pulses of the synchronous torque G due to the flywheel inertia of the driven rotor and the associated masses absorbed and balanced, so that the synchronous torque G is practically ineffective and only the asynchronous torque G of the Clutch is transmitted.

In der Nähe des Synchronismus, d.h. wenn die Drehgeschwindigkeit des angetriebenen Rotors 12 sich derjenigen des antreibenden Rotors 14 nähert (ri2^n\\ g-<-0), verlangsamt sich die Periode der positiven und negativen Impulse des Drehmomentes G, und in einem bestimmten Augenblick ist die Summe des asynchronen Drehmomentes G und des positiven Impulses des synchronen Momentes C/+0o>0>O) groß genug, (dank dem asynchronen Moment G) um den angetriebenen Rotor im Laufe der Halbperiode so weit zu beschleunigen, daß der darauffolgende, negative Impuls von G (Ο>Θ-Θο) nicht mehr genügt, um den angetriebenen Rotor soweit zu verzögern, daß der gegenseitige Verdrehungswinkel Θ zwischen den beiden Rotoren über den Grenzwert — Θ_ο zurückläuft. In diesem Augenblick tritt die Kupplung plötzlich vom asynchronen zum synchronen Betrieb über. Nach einigen gedämpften Schwingungen des gegensei'igen Winkels Θ zwischen den Grenzen -Θο<Θ< +Θο stabilisiert sich dieser Verdrehungswinkel Θ auf einen Zwischenwert, der durch die Belastung der Kupplung bestimmt ist.In the vicinity of synchronism, that is, when the rotational speed of the driven rotor 12 approaches that of the driving rotor 14 (ri2 ^ n \\ g - <- 0), the period of the positive and negative pulses of the torque G, and in one slows down certain moment, the sum of the asynchronous torque G and the positive pulse of the synchronous torque C / + 0o>0> O) is large enough (thanks to the asynchronous torque G) to accelerate the driven rotor in the course of the half cycle so far that the The subsequent negative pulse from G (Ο> Θ-Θο) is no longer sufficient to decelerate the driven rotor to such an extent that the mutual angle of rotation Θ between the two rotors _goes back beyond the limit value - Θ ο. At this moment the clutch suddenly changes from asynchronous to synchronous operation. After a few damped oscillations of the opposite angle Θ between the limits -Θο <Θ <+ Θο, this angle of rotation Θ stabilizes at an intermediate value that is determined by the load on the coupling.

Das synchrone Drehmoment C treibt nunmehr allem 3u den angetriebenen Rotor mit der Synchrongeschwindigkeit πι. Das asynchrone Drehmoment G verschwindet, da keine gegenseitige Relativbewegung zwischen den beiden Rotoren mehr besteht.The synchronous torque C now drives all 3u the driven rotor with the synchronous speed πι. The asynchronous torque G disappears, since there is no longer any mutual relative movement between the two rotors.

Das Anlaufen (Einkuppeln) und das Synchronisieren können wie folgt anhand der F i g. 5 beschrieben werden: Im Ausgangszustand dreht der treibende Rotor 14 mit einer konstanten Geschwindigkeit n\. Der angetriebene Rotor befindet sich zunächst in Ruhe (Π2 = 0); der Schlupf istStarting (engaging) and synchronizing can be carried out as follows on the basis of FIGS. 5: In the initial state, the driving rotor 14 rotates at a constant speed n \. The driven rotor is initially at rest (Π2 = 0); the slip is

„="=

"1"1

Wird nun ein Erregerstrom ; eingeschaltet, so wird der angetriebene Rotor angekoppelt und durch ein asynchrones Moment + G_mal angetrieben, wie es dank der geeigneten Wahl der einzelnen Bauelemente der Kupplung erreicht werden kann. Der Rotor beschleunigt sich (n₂ nimmt zu) und der Schlupf g nimmt ab. Der Arbeitspunkt folgt der Kurve C₃ von rechts nach links bis zum Obergangspunkt M mit Abszisse g= + m, dessen genaae Lage in bekannter Weise durch den magnetischen Fluß im Luftspalt zwischen den Polen durch die Abmessungen der letzteren, durch die magnetischen und elektrischen Eigenschaften der Kupplung, durch das Lastmoment und das Trägheitsmoment der angetriebenen Maschine bestimmt ist, wobei die einzelnen Größen entsprechend gewählt werden können. Insbesondere kann durch das VerhältnisNow becomes an excitation current; switched on, the driven rotor is coupled and driven by an asynchronous torque + G _times , as can be achieved thanks to the appropriate selection of the individual components of the clutch. The rotor accelerates (n ₂ increases) and the slip g decreases. The working point follows the curve C ₃ from right to left to the transition point M with abscissa g = + m, the exact position of which is known in a known manner by the magnetic flux in the air gap between the poles, by the dimensions of the latter, by the magnetic and electrical properties of the Coupling, is determined by the load torque and the moment of inertia of the driven machine, whereby the individual sizes can be selected accordingly. In particular, by the ratio

— bzw.- respectively.

b-ab-a

6060

zwischen den Flachen der mit leitenden Schichten bzw. mit Polen versehenen Teilen der an den Teilluftspalt S₂ grenzenden Oberfläche des Rotors die Lage des Punktes M in weiten Grenzen verändert werden. Im Punkt M »schnappt« die Kupplung im Synchronbetrieb ein, wie dies bereits beschrieben wurde, und die beiden Rotoren drehen schließlich mit gleicher Geschwindigkeit (7)i=/?2; Jf=O). Die treibende Welle 1 zieht die getriebene Welle 2 mit sich und die beiden Rotoren bleiben um einen im wesentlichen konstanten Verdrehungswinkel Θ zwischen den Polen der beiden Rotoren gegeneinander verdreht. Dieser Winkel Θ ist durch die Größe des zu übertragenden Drehmomentes C bzw. durch die von der Kupplung anzutreibende Last bestimmt.between the surfaces of the parts provided with conductive layers or with poles of the surface of the rotor adjoining the partial air gap S ₂ , the position of the point M can be changed within wide limits. At point M the clutch "snaps" in synchronous operation, as has already been described, and the two rotors finally rotate at the same speed (7) i = /? 2; Jf = O). The driving shaft 1 pulls the driven shaft 2 with it and the two rotors remain rotated against each other by an essentially constant angle of rotation Θ between the poles of the two rotors. This angle Θ is determined by the size of the torque C to be transmitted or by the load to be driven by the clutch.

Wenn aus irgend einem Grunde — beispielsweise wenn die Kupplung im Antrieb eines Motorfahrzeuges eingebaut ist — die Welle 2. bisher »angetriebene Welle« genannt, rascher dreht als die »treibende« Welle 1 (ü2> Πι), wird der Schlupf ^negativ und man gelangt in den links gelegenen Teil der Kurve C = f(g). Die Funktion der beiden Rotoren ist dann vertauscht: Die Welle 2 wird antreibende Welle und sie wird von der Welle 1 zurückgehalten (im Synchronbetrieb) oder gebremst (im Asynchronbetrieb) und zwar so lange, als die Welle 2 rascher drehen möchte als die Welle 1. Zunächst wird die synchrone Betriebsweise beibehalten, aber der Verdrehungswinkel Θ zwischen den beiden Rotoren wird negativ um das zurückhaltende Moment zwischen 0 und -C™, zu übertragen. Der letztere Wert wird für einen Verdrehungswinkel Θ = - Θ,-j, er^reicht. Wird das Bremsmoment größer als - C · j„ so »klinkt die Kupplung aus«, d. h. sie kann nicht im Synchronbetrieb weiter laufen. Wenn man C -.,> kleiner gewählt hat als G -m. so nimmt der Schlupf s? zunächst den Wen g= - m an und die Welle 1 bremst die Welle 2 mit einem asynchronen Bremsmoment - G Dreht sich die Welle 2 noch rascher und übersteigt das Bremsmoment den zulässigen Wert - G ^j>. so ist es nicht mehr möglich, einen stabilen Betriebszustand einzuhalten und die Kupplung läuft durch.If for any reason - for example if the clutch is installed in the drive of a motor vehicle - the shaft 2. previously called the "driven shaft" rotates faster than the "driving" shaft 1 (ü2> Πι), the slip becomes ^ negative and one reaches the left-hand part of the curve C = f (g). The function of the two rotors is then reversed: Shaft 2 becomes the driving shaft and it is held back by shaft 1 (in synchronous operation) or braked (in asynchronous operation) for as long as shaft 2 wants to rotate faster than shaft 1. Initially, the synchronous mode of operation is retained, but the angle of rotation Θ between the two rotors becomes negative in order to transfer the restrained torque between 0 and -C ™. The latter value is for a twist angle Θ = - Θ, j, he calibrates ^r. If the braking torque is greater than - C · j “then the clutch disengages”, ie it cannot continue to run in synchronous operation. If you have chosen C -.,> Smaller than G -m. so does the slip take s? First the Wen g = - m and the shaft 1 brakes the shaft 2 with an asynchronous braking torque - G If the shaft 2 rotates even faster and the braking torque exceeds the permissible value - G ^ j>. it is no longer possible to maintain a stable operating state and the clutch runs through.

Es ist in gewissen Grenzen möglich, ein solches Durchlaufen zu vermeiden, indem beispielsweise die Anzahl Pole 17 des Kranzes 146 zugunsten der leitenden Metallschichten 16a, 160. 16c verringert wird, d. h. daß der Zentri-Winkel λ größer gewählt (F i g. 2) und/oder daß die Breite a des ringförmigen Bandes 20 (F i g. 1) erhöht wird.It is possible within certain limits to avoid such a run-through, for example by using the The number of poles 17 of the ring 146 is reduced in favor of the conductive metal layers 16a, 160, 16c, d. H. that the centric angle λ is selected to be larger (FIG. 2) and / or that the width a of the annular band 20 (Fig. 1) is increased.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen begrenzt Sie bezieht sich vielmehr auf alle Varianten, die in den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang fallen und deren einige beispielsweise im folgenden erwähnt werden:The present invention is not limited to that shown in Figs. 1 and 2 illustrated embodiments limited Rather, it relates to all variants falling within the scope of protection defined by the claims and some of which are mentioned, for example, in the following:

So können die einander gegenüberliegenden, die Teilluftspalt es begrenzenden Rotationsflächen des treibenden und des angetriebenen Rotorkranzes siatt zylindrisch und konzentrisch zu sein, in zwei parallelen, senkrecht zur Drehachse A und zur Durchgangsrichtung des vom Erreger induzierten, magnetischen Feldes liegenden Ebenen angeordnet sein, wobei der eine Kranz regelmäßig verteilte, zahnförmige Pole und der andere abwechselnd leitende Schichten und Polgruppen aufweist Diese Anordnung fällt unter den Schutzumfang der Erfindung, auch wenn das das Magnetfeld induzierende Element oder das Gehäuse der Kupplung eine andere als die beschriebene Form aufweistSo the opposing, the partial air gap it delimiting surfaces of rotation of the the driving and the driven rotor ring are cylindrical and concentric, in two parallel, perpendicular to the axis of rotation A and to the direction of passage of the magnetic field induced by the exciter be arranged lying planes, with a wreath regularly distributed, tooth-shaped poles and the has other alternating conductive layers and pole groups This arrangement falls under the scope of protection of the invention, even if the element inducing the magnetic field or the housing of the coupling has a shape other than that described

Statt einem ortsfesten Erreger kann auch ein solcher vorgesehen sein, der entweder mit dem treibenden oder dem angetriebenen Rotor zusammengebaut ist und beispielsweise aus einer Anzahl von Permanentmagneten besteht oder indem einer der Rotoren Erreserwick-Instead of a stationary exciter, one can also be provided that is either connected to the driving or the driven rotor is assembled and, for example, from a number of permanent magnets exists or by one of the rotors Erreserwick-

IlIl

18a, 1918a, 19

20 2120 21

A bAway

ei ei ei egg egg egg

(X(X ββ

lungen aufweist, die in an sich bekannter Weise, ζ. Β. über Schleifringe und Bürsten, gespeist werden. Auch können der treibende (12) und der angetriebene Rotor (14) in ihrer Funktion untereinander ausgetauscht sein.has lungs, which in a known manner, ζ. Β. via slip rings and brushes. The driving (12) and the driven rotor (14) be interchanged in their function.

Die abwechselnd durch eine leitende Schicht abge- -, deckten und die Polgruppen aufweisenden Bereiche können auch auf dem angetriebenen Rotor 126 angeordnet sein, während der treibende Rotor 146 regelmäßig auf den ganzen Umfang verteilte, zahnförmige Pole trägt. Schließlich können die zwischen den in Polen jeder Gruppe 18a, 186 usw. eingefügten Leiterstäbe statt aus massiven Profilstäbchen aus Rohren oder Leitern mit anderem Profil bestehen; man kann im übrigen auf die Leiterstäbe 18 völlig verzichten und sich auf das asynchrone Moment C₃ beschränken, π das im wesentlichen durch die in den leitendsn Schichten oder Bändern 16, 20 oder 21 induzierten Wirbelströme erzeugt wird. Einen geringen Anteil der Bremskraft tragen auch die im magnetisierbaren Teil der Rotorkränze 126 und 146 und ihren Polen 13 und 17 20 auftretenden Wirbelströme bei.The areas alternately covered by a conductive layer and having the pole groups can also be arranged on the driven rotor 126, while the driving rotor 146 carries tooth-shaped poles regularly distributed over the entire circumference. Finally, the conductor bars inserted between the poles of each group 18a, 186 etc. can consist of tubes or ladders with a different profile instead of solid profile bars; the conductor bars 18 can also be dispensed with entirely and one can restrict oneself to the asynchronous moment C ₃ , which is essentially generated by the eddy currents induced in the conductive layers or strips 16, 20 or 21. The eddy currents occurring in the magnetizable part of the rotor rings 126 and 146 and their poles 13 and 17 20 also contribute to a small proportion of the braking force.

Liste der BezugszeichenList of reference symbols

1 treibende Welle1 driving wave

2 angetriebene Welle 25 3a, 6 Kugellager zu 22 driven shaft 25 3a, 6 ball bearings for 2

4 zylindrische Aussparung in 54 cylindrical recess in 5

5 Magnetkern des Gehäuses5 magnetic core of the housing

6 Erregerwicklung6 excitation winding

7a, 6 Stromzuführungsdrähte zu 6 j<i7a, 6 power supply wires to 6 j <i

8 ringförmiger Abschluß des Gehäuses8 ring-shaped end of the housing

9 Befestigungsschraube zu 8 Q_mi 9 fastening screw of 8 Q _mi

10 Aussparungen für 7a, 610 recesses for 7a, 6

11 äußerer Ring des Gehäuses11 outer ring of the case

12 angetriebener Rotor j-, C, 12a Flansch des Rotors 1212 driven rotor j-, C, 12a flange of rotor 12

126 zylindrischer Rotorkranz (zu 12) C_ä 126 cylindrical rotor ring (to 12) C _ä

13 zahnförmige Pole des Kranzes 126, gegen 146. 17 hin gerichtet13 tooth-shaped poles of the ring 126, directed towards 146, 17

14 treibender Rotor 40 g 14a Flansch des Rotors 1414 driving rotor 40 g 14a flange of rotor 14

146 zylindrischer Rotorkranz (zu 14) n\ 146 cylindrical rotor ring (to 14) n \

16a, b, c Schichten bzw. Bänder aus elektrisch leiten- n₂ 16a, b, c layers or strips of electrically conductive n ₂

dem Material m the material m

17 zahnförmige Pole an Rotorkranz 146 4517 tooth-shaped poles on rotor ring 146 45

17a. 6, c Polgruppen an Rotorkranz 14617a. 6, c pole groups on rotor rim 146

Θ Q₀ zwischen die Pole 17 eingelegte Leiterstäbe Θ Q ₀ conductor bars inserted between poles 17

Kurzschluß-Segmente bzw. -Ringe zwischen den Enden der Leiterstäbe 18a, 6Short-circuit segments or rings between the ends of the conductor bars 18a, 6

bandförmiger, glatter, elektrisch leitender Ring um 126,13ribbon-shaped, smooth, electrically conductive ring around 126.13

bandförmiger, glatter, elektrisch leitender Ring um 146,17ribbon-shaped, smooth, electrically conductive ring around 146.17

Breite eines elektrisch leitenden Ringes 20 oder 21Width of an electrically conductive ring 20 or 21

Symmetrie- und Drehachse der KupplungAxis of symmetry and rotation of the coupling

Breite des Teilluftspaltes β2 in axialer Richtung gemessenWidth of the partial air gap β2 measured in the axial direction

ringförmiger Luftspalt des Kupplergehäuses, zwischen 5 und 8annular air gap of the coupler housing, between 5 and 8

Teilluftspalt zwischen 5 und 126Partial air gap between 5 and 126

Teilluftspalt zwischen 13 und 17Partial air gap between 13 and 17

Teilluftspalt zwischen 11 und 146Partial air gap between 11 and 146

Zentriwinkel der leitenden Bänder 16a, 6, c Central angle of the conductive strips 16a, 6, c

Zentriwinkel der Polgruppen 17a, 6, cCentral angle of the pole groups 17a, 6, c

Winkelteilung zwischen zwei benachbarten zahnlörmigen Polen 13 und 17Angular division between two adjacent tooth-shaped poles 13 and 17

ErregerrtromstärkeExcitation current

verschiedene Werte von /
Verdrehungswinkel zwischen zwei gegenüberliegenden Polen 13,17
Verdrehungswinkel Θ für den Punkt des unstabilen Gleichgewichtes beim Übergang indifferent values of /
Angle of twist between two opposite poles 13, 17
Twist angle Θ for the point of unstable equilibrium at the transition to

den Bereich des nächsten Pols (Θο=—-—the area of the next pole (Θο = —-—

beim größten im Synchronbetrieb übertragbaren Drehmoment C_5max auftretender Verdrehungswinkel at the greatest torque C 5max that can be transmitted in synchronous operation, the _{angle of rotation that occurs}

im Synchronbetrieb übertragenes Drehmoment torque transmitted in synchronous operation

im Asynchronbetrieb übertragenes Drehmoment torque transmitted in asynchronous operation

_ »ι - >h
lh _ »Ι -> h
lh

spezifischer Schlupfspecific slip

Drehzahl der antreibenden Welle
Drehzahl der getriebenen Welle
>:Einklink«-Schlupf, beim Obergang
Asynchron- zum SynchronbetriebSpeed of the driving shaft
Speed of the driven shaft
>: Einklink "-slip, at the transition
Asynchronous to synchronous operation

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Asynchronous, synchronizable magnetic coupling for the transmission of a torque, with a toroidal magnetic circuit, in the air gap of which there is a magnetizable, coaxial pole ring of a driving and a driven rotor, each of the pole rings having a number of pronounced rotating surfaces facing the other pole ring , tooth-shaped poles whose division in the circumferential direction, measured in degrees, is the same for the two interacting pole rings, and means are provided for the formation of an asynchronous moment through the interaction of pole pieces and a non-magnetizable, electrically conductive layer, furthermore with at least one excitation winding or . a permanent magnet for generating a stator air gap that is subdivided into partial air gaps by the pole rims and thus penetrates the two pole rims themselves, characterized by the combination of the following features:

a) the magnetic circuit has, in a manner known per se, an air gap (E) , into whose rotationally symmetrical, uniformly directed magnetic field the two pole rings protrude, forming three partial air gaps (e \, e2, ei) ;

b) at least one of the boundary surfaces of the pole rims (12Z>, 14Zy) facing one another in the partial air gap fa) is divided axially and / or in the circumferential direction into areas, of which one (b-a or j3) has tooth-shaped poles ( 13, 17) and the others (a, α) are covered by a smooth, non-magnetizable, electrically conductive layer (16a, b, c; 20, 21) running at the level of the pole tips.

2. Magnetic coupling according to claim 1, characterized in that one of the Polkränze (12b, 14b) is divided only into areas in the axial direction and that the conductive layer attached one to the Polscheiteln this Polkranzes (12Z> or Hb), bandörmigen ring ( 20.2).

3. Magnetic coupling according to claim 1, characterized in that the tooth-shaped poles (17) of one of the pole rings (i4b) are distributed in groups over its circumference at regular intervals and that the conductive layer is the remaining between the pole groups (17a, b, c) Sections (16a, b, c) of the pole wreath surface are covered.

4. Magnetic coupling according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the rotational surface delimiting the partial air gap (^) at least one of the pole rings (12Zj, 14d) for the optional installation of different widths (a, oc) strips or layers ( 20, 21, 16a, c, c) is made of non-magnetizable, electrically conductive material.

5. Magnetic coupling according to claim 1, characterized in that at least one of the Polkränze (\ 2b) in a known manner on a regular basis (efi distributed over the entire periphery of the existing between the two rings (12Z> \ 4b) partial air gap tooth-like poles ( 13)

having

6. Magnetic coupling according to claim 1, characterized in that the poles (13) of one pole ring [V2b) have the same angular pitch (P) as those (17) of the other pole ring (14ZjJ ¹ , but that their circumferential direction in degrees measured thickness (d) deviates from that {d ') of the poles of the second ring

7. Magnetic coupling according to claim 1, characterized in that in the recesses existing between the tooth-shaped poles (17) at least one of the two pole rings (140.1 in a known manner solid or tubular conductor bars (18a, b) are inserted and that the ends of these conductor bars are connected to one another by short-circuit segments or rings (19).